Elektrode für Elektrolytkondensatoren und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode für einen Elektrolytkondensator, die mindestens eine Aussenschicht aus Tantal oder Niobium aufweist. Eine solche Elektrode kann nach der Formierung durch elektrolytische Oxydation als Anode mit einer Ka thode, die aus einem Metall, z. B. Silber oder Nickel, besteht, das nicht durch den Elektrolyten korrodiert wird, zu einem Elektrolytkondensator zusammen gebaut werden.
Auch ist mit zwei solchen Elektroden ein bipolarer Elektrolytkondensator erzielbar.
Um eine Elektrode mit grossem Flächeninhalt zu erhalten und somit um eine hohe Kapazität eines mit dieser Elektrode hergestellten Kondensators zu erzielen, wird die Elektrode vielfach durch Sintern aus Tantal- und Niobiumpulver hergestellt, weil ein Ätzverfahren, wie es bei Kondensatorqn mit Alumi niumelektroden üblich ist, bei diesen Metallen keine hinreichende Oberflächenvergrösserung ergibt.
Die Formgebung der Elektroden aus Tantal oder Niobium erfolgt bekanntlich durch Pressen. üblicher weise wird das Metallpulver nach Zusatz eines Bindemittels um einen Kern herumgepresst, der vor zugsweise aus dem gleichen Metall besteht. Bei Mas senfertigung ist das Aufbringen einer Metallpulver- schicht mit einer Stärke von weniger als etwa 1/2 mm durch einen Pressvorgang nicht einwandfrei durch führbar.
Infolgedessen weist die gepresste Elektrode nach ihrer Sinterung und Formierung lange Kapillar poren auf, in denen der Widerstand des Elektro lyten bei einer Anwendung in einem Kondensator so gross sein kann, dass bei Erhöhung der Frequenz einer angelegten Spannung der Widerstandsteil der sich ergebenden Impedanz in den weiter innen lie genden Teilen der Poren den kapazitiven Teil derart übersteigt, dass der Beitrag dieser Teile der Poren zur Kapazität des Kondensators immer geringer wird.
Dies hat eine starke Frequenzabhängigkeit des Kon- densators zur Folge, die bei gegebener Kapazität pro Volumeneinheit der porösen Schicht dadurch ver ringert werden kann, dass dafür Sorge getragen wird, dass die Poren so kurz sind, dass der Widerstand in den Poren niedrig genug wird, um die beschriebenen Nachteile zu beseitigen. Zum Erzielen einer wenig frequenzabhängigen Kapazität ist bei der Verwendung von Tantalpulver, beispielsweise bei einer Schichtstärke von etwa 1/2 mm, eine Korngrösse von weniger als etwa 50 ,/a nicht zulässig.
Eine durch Pressen solcher Körner erzielte Anode mit einer Länge von 5 mm ergibt nach Sintern auf etwa 1900 C im Vakuum und nach Formierung bei 8 V, wenn sie in einem silbernen Kathodenrohr mit einem Innendurchmesser von 3,5 mm, das mit 25 Normal Phosphorsäure als Elek trolyt gefüllt ist, angeordnet wird, einen Kondensator mit einer Kapazität von 24 yF bei 50 Hz und von 22 ,uF bei 5000 Hz.
Wenn man jedoch von einem Tantalpulver mit einer Korngrösse von etwa 1 ,u, ausgeht, so ergibt sich bei sonst gleichen Abmessun gen und gleicher Behandlung ein Kondensator mit einer Kapazität von 35 ,uF bei 50 Hz und von 27 ,uF bei 5000 Hz.
Hieraus ergibt sich, dass mit dem groberen Pulver ein weniger frequenzabhängiger Kondensator erhal ten wird. Die Kapazitätsverringerung in dem erwähn ten Frequenzbereich ist nämlich nur 8 "/a im Vergleich zu 2419/o bei dem feineren Pulver. Anderseits ist jedoch bei Verwendung des groberen Pulvers die Kapazität sowohl bei 50 wie bei 5000 Hz niedriger als bei der Verwendung des feinen Pulvers.
Ausserdem ist zum Auf bau der wirksamen Schicht aus dem groben Pulver etwa 50 mg, aus dem feinen Pulver aber nur etwa 35 mg Tantal erforderlich; aus diesem Grunde ist die erzielte Kapazität je Gewichtseinheit Tantal bei dem groben Pulver ungünstiger als bei dem feinen Pulver.
Wenn ein Kondensator mit einer Anode hergestellt würde, auf die eine Schicht von höchstens 1/.1 mm aus Tantalpulver mit einer Korngrösse von 1 /t auf gebracht ist, wären bereits einige Verbesserungen erzielbar. Obgleich schwierig, war es für eine einzige Probe dennoch möglich, durch Pressen eine derartige Schicht zu erzeugen. Ein Kondensator mit einer so hergestellten Anode und sonst gleichem Aufbau wie die vorstehend beschriebenen Kondensatoren, ergibt eine Kapazität von 14,5 liF bei 50 Hz und eine Kapazität von 13,5 ,uF bei 5000 Hz.
Im Vergleich zum Kondensator, dessen Anode durch Aufpressen einer Schicht aus dem gleichen Tantalpulver, jedoch mit einer Stärke von 1/2 mm hergestellt ist, ist die Kapazitätsverringerung im Frequenzbereich von 50 bis 5000 Hz von 24 auf 70/a herabgefallen. Zwar ist infolge der Verringerung der Schichtstärke die Kapazität bei 50 bzw. bei 5000 Hz auf etwa 40 bzw. 5011/9 abgefallen, aber diese Werte wurden mit einer Verringerung der Tantalpulvermenge von 35 auf 13 mg erzielt, so dass die Kapazität je Gewichts einheit bei der 1/,1 mm starken Schicht noch etwas günstiger ist.
Diese Erscheinung führte zur Erkenntnis, dass es wichtig ist, die Elektroden mit einer dünnen porösen gesinterten Schicht insbesondere aus feinem Metall pulver, zu versehen.
Weiter gelangt man auch zur Erkenntnis, warum das übliche Ätzverfahren nicht zu verbesserten oder optimalen Ergebnissen führen kann. Die Aufbringung einer Suspension erwies sich als besonders geeignet zum Erzielen der gewünschten dünnen Schichten. Ein derartiges Verfahren, bei dem eine Schicht auf einen Kern aufgebracht und dann gesintert wird, ist im übrigen zum Herstellen von Elektroden mit grosser wirksamer Oberfläche für Elektrolytkondensatoren bereits vor mehr als 20 Jahren vorgeschlagen worden.
Dieses Verfahren hat jedoch damals keinen Eingang in die Praxis gefunden, weil bei dem seinerzeit für die Herstellung von Elektrolytkondensatoren in indu striellem Umfang ausschliesslich in Frage kommenden Aluminium einfachere Verfahren, insbesondere das Ätzverfahren, zur Verfügung standen. Ausserdem tra ten bei Kondensatoren mit geätzten Aluminiumelek troden die vorstehend erläuterten Probleme nicht oder nur in stark verringertem Masse auf, während das Atzverfahren bei Tantal und Niobium keine genü gende Oberflächenvergrösserung ergibt.
Gemäss der Erfindung, die sich auf die vorstehen den Erwägungen und Erkenntnisse gründet, weist eine Elektrode für einen Elektrolytkondensator einen Kern auf, auf dem eine höchstens ?!@ mm starke poröse, gesinterte Schicht aus Tantal- oder Niobiumpulver vorgesehen ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart der er findungsgemässen Elektrode besitzt das Tantal- oder Niobiumpulver eine Korngrösse von höchstens 1 p.
Gemäss der Erfindung wird die Elektrode dadurch erzielt, dass auf einen Kern eine Schicht aus Tantal- oder Niobiumpulver aus einer Suspension aufgebracht und anschliessend gesintert wird. Das Aufbringen kann nicht nur durch Eintauchen des Kernes in die Suspension, sondern auch auf elektrophoretischem Wege erfolgen.
Beispielsweise wird 3 g Tantalpulver mit einer Korngrösse von etwa 1 /r. in<B>1,15</B> cm3 einer ver dünnten Lösung von 1 g Polystyrol in 11,5 cm-3 Benzol suspendiert. Mit dieser Suspension wird ein Tantalkern mit einer Schicht von 0,1 mm versehen, die bei einer Länge der Schicht von 5 mm etwa 5 mg Tantal enthält. Bei sonst gleichem Aufbau, wie bei den vorstehend beschriebenen Kondensatoren, ergibt sich jetzt ein Kondensator mit einer Kapazität von 10 pF bei 50 Hz und von 9,7 /tF bei 5000 Hz.
Die Kapazitätsverringerung zwischen 50 und 5000 Hz, die von 24 % bei einer Schichtstärke von 1/2 mm auf 7 % bei einer Schichtstärke von 1@ mm herab- gefallen war, ist somit weiter auf 3 % bei einer Schichtstärke von 0,1 mm herabgesetzt.
Ausserdem ist die Kapazität je Gewichtseinheit Tantal, die bei einer Schichtstärke von 1/2 mm und von 1 4 mm etwa 1 pF je mg betrug, auf 2 pF je mg erhöht, d. h. etwa verdoppelt.